(57)【要約】【課題】  アンテナ部を構成する誘電体基板の面積を小さくしても軸比や指向性が劣化しにくい円偏波用パッチアンテナを提供する。【解決手段】  片面にパッチ電極を設けるとともに，他面にグランド電極を設け，前記パッチ電極の２箇所の給電点に給電されるアンテナ部を構成する誘電体基板と，これら２箇所の給電点に給電される高周波信号の間に９０度の位相差を生じさせる９０度位相差回路と，前記９０度位相差回路に一対の出力端が接続された分配回路を構成する誘電体基板とが，積層状態で固定されたパッチアンテナにおいて，前記分配回路の入力端子に接続する同軸線路の中心導体を，前記パッチ電極を形成する層に設けた接続用電極と前記分配回路の入力端子とを接続するスルーホールに挿通し，前記接続用電極側ではんだ付けで接続されるように構成される。【選択図】  図３
2006237904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面にパッチ電極を設けるとともに，他面にグランド電極を設け，前記パッチ電極の２箇所の給電点に給電されるアンテナ部を構成する誘電体基板と，
これら２箇所の給電点に給電される高周波信号の間に９０度の位相差を生じさせる９０度位相差回路と，前記９０度位相差回路に一対の出力端が接続された分配回路を構成する誘電体基板とが，積層状態で固定されたパッチアンテナにおいて，
前記分配回路の入力端子に接続する同軸線路の中心導体を，
前記パッチ電極を形成する層に設けた接続用電極と前記分配回路の入力端子とを接続するスルーホールに挿通し，前記接続用電極側ではんだ付けで接続されることを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項２】
前記分配回路の入力端子に接続する同軸線路の中心導体を，
前記パッチ電極内に，前記パッチ電極から絶縁して設けた接続用電極と前記分配回路の入力端子とを接続するスルーホールに挿通し，前記接続用電極側ではんだ付けで接続されることを特徴とする請求項1に記載のパッチアンテナ。
【請求項３】
片面に，前記パッチ電極の中心と前記給電点とを結ぶそれぞれの直線に対して対称な位置で４箇所切り欠いた形状のパッチ電極を設けるとともに，他面にグランド電極を設け，前記パッチ電極の２箇所の給電点に給電されるアンテナ部を構成する誘電体基板と，
これら２箇所の給電点に給電される高周波信号の間に９０度の位相差を生じさせる９０度位相差回路と，前記９０度位相差回路に一対の出力端が接続された分配回路を構成する誘電体基板とが，積層状態で固定されたパッチアンテナにおいて，
前記分配回路の入力端子に接続する同軸線路の中心導体を，
パッチ電極を切り欠いた4箇所の何れかの位置で，
前記パッチ電極を形成する層に設けた接続用電極と，前記分配回路の入力端子とを接続するスルーホールに挿通し，前記接続用電極側ではんだ付けで接続されることを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項４】
前記分配回路の入力端子に接続する同軸線路の中心導体は同軸コネクターの中心導体であることを特徴とした請求項１乃至請求項３の何れかに記載のパッチアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，主に自動車，航空機，船舶などの移動体の表面に取り付けて衛星から送信される電波を受信するためのパッチアンテナに関し，詳しくはそのパッチアンテナの構造及び給電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の，片面にパッチ電極を設けるとともに，他面にグランド電極を設け，前記パッチ電極の２箇所の給電点に給電されるアンテナ部を構成する誘電体基板と，
これら２箇所の給電点に給電される高周波信号の間に９０度の位相差を生じさせる９０度位相差回路と，前記９０度位相差回路に一対の出力端が接続された分配回路を構成する誘電体基板とが，積層状態で固定されたパッチアンテナは，同軸ケーブルとの接続点がアンテナ部を構成する誘電体基板の外周に設けられ，且つ誘電体基板と平行な方向引き出されていたので，アンテナの面積を小さくすることができなかった。
また，アンテナ部を構成する誘電体基板に対して垂直な方向に同軸ケーブルを接続する場合，構造が複雑になり，容易に接続できる構造とはなっていなかった。
（例えば，特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１４０８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし，片面にパッチ電極を設けるとともに，他面にグランド電極を設け，前記パッチ電極の２箇所の給電点に給電されるアンテナ部を構成する誘電体基板と，
これら２箇所の給電点に給電される高周波信号の間に９０度の位相差を生じさせる９０度位相差回路と，前記９０度位相差回路に一対の出力端が接続された分配回路を構成する誘電体基板とが，積層状態で固定されたパッチアンテナは，小型化がしにくく，また，同軸線路との接続構造が複雑であるという問題があった。
そこで本願においては，こうした問題点を解決するためになされたものであり，
その目的は，アンテナ部を構成する誘電体基板の面積を小さくする事を可能とする円偏波用パッチアンテナを提供することを課題とする。
他の目的は，アンテナ部を構成する誘電体基板の面積を小さくしても軸比や指向性が劣化しにくい円偏波用パッチアンテナを提供することを課題とする。
他の目的は，アンテナ全体の面積を小さくする事を可能とする円偏波用パッチアンテナを提供することを課題とする。
他の目的は，アンテナ部を構成する誘電体基板とコネクターの接続が容易な円偏波用パッチアンテナを提供することを課題とする。
他の目的は，材料と組み立て工数を節約して製作コストを抑えたアンテナを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために，請求項１の発明は片面にパッチ電極を設けるとともに，他面にグランド電極を設け，前記パッチ電極の２箇所の給電点に給電されるアンテナ部を構成する誘電体基板と，
これら２箇所の給電点に給電される高周波信号の間に９０度の位相差を生じさせる９０度位相差回路と，前記９０度位相差回路に一対の出力端が接続された分配回路を構成する誘電体基板とが，積層状態で固定されたパッチアンテナにおいて，
前記分配回路の入力端子に接続する同軸線路の中心導体を，
前記パッチ電極を形成する層に設けた接続用電極と前記分配回路の入力端子とを接続するスルーホールに挿通し，前記接続用電極側ではんだ付けで接続されるように構成される。
【０００６】
請求項２の発明は，
請求項1に記載のパッチアンテナにおいて，前記分配回路の入力端子に接続する同軸線路の中心導体を，前記パッチ電極内に，前記パッチ電極から絶縁して設けた接続用電極と前記分配回路の入力端子とを接続するスルーホールに挿通し，前記接続用電極側ではんだ付けで接続されるように構成される。
【０００７】
請求項３の発明は，
片面に，前記パッチ電極の中心と前記給電点とを結ぶそれぞれの直線に対して対称な位置で４箇所切り欠いた形状のパッチ電極を設けるとともに，他面にグランド電極を設け，前記パッチ電極の２箇所の給電点に給電されるアンテナ部を構成する誘電体基板と，
これら２箇所の給電点に給電される高周波信号の間に９０度の位相差を生じさせる９０度位相差回路と，前記９０度位相差回路に一対の出力端が接続された分配回路を構成する誘電体基板とが，積層状態で固定されたパッチアンテナにおいて，
前記分配回路の入力端子に接続する同軸線路の中心導体を，
パッチ電極を切り欠いた4箇所の何れかの位置で，
前記パッチ電極を形成する層に設けた接続用電極と，前記分配回路の入力端子とを接続するスルーホールに挿通し，前記接続用電極側ではんだ付けで接続されるように構成される。
【０００８】
請求項４の発明は，
請求項１乃至請求項３の何れかに記載のパッチアンテナにおいて，前記分配回路の入力端子に接続する同軸線路の中心導体は同軸コネクターの中心導体で構成される。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば，
片面にパッチ電極を設けるとともに，他面にグランド電極を設け，前記パッチ電極の２箇所の給電点に給電されるアンテナ部を構成する誘電体基板と，
これら2箇所の給電点に給電される高周波信号の間に９０度の位相差を生じさせる９０度位相差回路と，前記９０度位相差回路に一対の出力端が接続された分配回路を構成する誘電体基板とが，積層状態で固定されたパッチアンテナにおいて，
前記分配回路の入力端子に接続する同軸線路の中心導体を，
前記パッチ電極を形成する層に設けた接続用電極と前記分配回路の入力端子とを接続するスルーホールに挿通し，前記接続用電極側ではんだ付けできるので，
組み付けが容易となる。また，軸比や指向性を劣化させずに，アンテナ部を構成する誘電体基板の面積を小さくする事ができるので，アンテナの小型化が可能となる。更に，コストダウンも可能となる。
【００１０】
請求項２の発明によれば，
請求項1に記載のパッチアンテナにおいて，前記分配回路の入力端子に接続する同軸線路の中心導体を，
前記パッチ電極上で，前記パッチ電極から絶縁して設けた接続用電極と前記分配回路の入力端子とを接続するスルーホールに挿通し，前記接続用電極側ではんだ付けできるので，組み付けが容易となる。また，軸比や指向性を劣化させずに，アンテナ部を構成する誘電体基板の面積を小さくする事ができるので，アンテナの小型化が可能となる。更に，コストダウンも可能となる。
【００１１】
請求項３の発明によれば，
片面に，前記パッチ電極の中心と前記給電点とを結ぶそれぞれの直線に対して対称な位置で４箇所切り欠いた形状のパッチ電極を設けるとともに，他面にグランド電極を設け，前記パッチ電極の２箇所の給電点に給電されるアンテナ部を構成する誘電体基板と，
これら２箇所の給電点に給電される高周波信号の間に９０度の位相差を生じさせる９０度位相差回路と，前記９０度位相差回路に一対の出力端が接続された分配回路を構成する誘電体基板とが，積層状態で固定されたパッチアンテナにおいて，
前記分配回路の入力端子に接続する同軸線路の中心導体を，
パッチ電極を切り欠いた4箇所の何れかの位置で，
前記パッチ電極を形成する層に設けた接続用電極と，前記分配回路の入力端子とを接続するスルーホールに挿通し，前記接続用電極側ではんだ付けではんだ付けできるので，組み付けが容易となる。また，軸比や指向性を劣化させずに，アンテナ部を構成する誘電体基板の面積を小さくする事ができるので，アンテナの小型化が可能となる。更に，コストダウンも可能となる。
【００１２】
請求項４の発明によれば，
請求項１乃至請求項３の何れかに記載のパッチアンテナにおいて，前記分配回路の入力端子に接続する同軸線路の中心導体は同軸コネクターの中心導体で構成されるので，接続のための特別な部品や加工が必要なく，容易に接続できる。また，コストダウンが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に，本発明を具体化した実施形態の例を，図面を元に詳細に説明する．
図１乃至図4，は本発明に係るパッチアンテナ１に用いる誘電体基板２００のパッチ電極１００側を示し，図5は本発明に係るパッチアンテナ１に用いる誘電体基板２００のパッチ電極１００の反対側を示し，図6はパッチアンテナ１の断面図を示している。
【実施例１】
【００１４】
アンテナ部１１を構成する誘電体基板２００は図６に示すように，同軸コネクター４が設けられた筐体５に取り付けられる。なお，パッチ電極１００を切り欠く前のパッチ電極１００の寸法はそれぞれの図において同一にしている。また，誘電体基板２００の材質及び厚さも全て同一にしている。
本発明の第１の実施形態として図１，図５を参照して説明する。
【００１５】
アンテナ部１１を構成する誘電体基板２００は，
片面にパッチ電極１００を設けるとともに，他面にグランド電極２３を設け，前記パッチ電極１００の２箇所の給電点６，７に給電される誘電体基板２００ａと，
これら２箇所の給電点６，７に給電される高周波信号の間に９０度の位相差を生じさせる９０度位相差回路８と，前記９０度位相差回路８に一対の出力端が接続された分配回路９を構成する誘電体基板２００ｂとが，積層状態で固定されている。
誘電体基板２００の誘電体はセラミック，フッ素樹脂，ガラス，エポキシ樹脂などの材料を単独または適宜組み合わせて構成される。
【００１６】
接続用電極１２はアンテナ部１１を構成する誘電体基板２００に設けた分配回路９の入力端子で，パッチ電極１００とは離れた位置に設けられている。
接続用電極１２はスルーホール４０１でパッチ電極１００とは反対側に設けたマイクロストリップライン５００に接続されている。
マイクロストリップライン５００は２つのマイクロストリップライン５００と抵抗体１４とで構成されたウィルキンソン型電力分配器に接続され，２つの分配出力は使用する高周波信号に対して９０度の位相差を生じさせる９０度位相差回路８に接続される。９０度位相差回路８は異なる長さのマイクロストリップライン５００で構成されている。９０度位相差回路８の出力はスルーホール４０２により，パッチ電極１００の所定の位置に設けられた給電点６，７にそれぞれ接続される。
このようにして，接続用電極１２に入力された高周波信号はパッチ電極１００から円偏波を放射する。上記の説明は送信アンテナとして述べたが，受信アンテナとしても使用できる。
【００１７】
誘電体基板２００の外周付近には，誘電体基板２００の内部に設けたグランド電極２３とスルーホール４０３により接続された環状の導体１５が設けられている。
パッチ電極１００とは反対側に設けた回路例を図５に示す。
【００１８】
図１に示す実施例では，アンテナ部１１を構成する誘電体基板２００から誘電体基板２００と垂直な方向に同軸線路の中心導体１６を接続できるので，アンテナ部１１を構成する誘電体基板２００の外側に同軸線路の接続部を設ける必要が無く，アンテナの面積を小さくすることができる。パッチ電極１００の中心１７から接続用電極１２までの長さＬ３は２４ミリメートルである。
【００１９】
パッチ電極１００の形状は四角形に限らず，円形やその他の形状でも良い。図１に示す構成ではパッチ電極１００と接続用電極１２は離れているので，軸比や指向性の劣化を最小限にすることができる。
図１に示す実施例ではパッチ電極１００側の誘電体基板２００ａは厚さ１．５２ミリメートルで誘電体の誘電率は３．１８である。また，パッチ電極１００の１辺の長さＬ１は３３ミリメートルで，電気長において使用する高周波信号２．６４２５ＧＨｚの約１／２波長となっている。また，分配回路９側の誘電体基板２００ａは厚さ０．５１ミリメートルで誘電体の誘電率は３．１８である。
【実施例２】
【００２０】
次に本発明の第二の実施形態として図２を参照して説明する．なお，以下の説明では，上記第１の実施形態のアンテナと同様の構成要素については同一符号を付与し，詳細な説明は省略する。                    
図２はアンテナ部１１を構成する誘電体基板２００に設けたパッチ電極１００内に，パッチ電極１００から絶縁して接続用電極１２を設けた例を示す。図１に示す例に比べて接続用電極１２を，アンテナ部１１を構成する誘電体基板２００の中心に近付けられるので，更にアンテナ部１１を構成する誘電体基板２００を小さくすることができる。パッチ電極１００の中心１７から接続用電極１２までの長さＬ４は１５ミリメートルである。
接続用電極１２の位置は，パッチ電極１００に流れる高周波電流の少ない位置に選ぶことにより，軸比や指向性に与える影響を抑えている。
パッチ電極１００の形状は四角形に限らず，円形やその他の形状でも良い。
【実施例３】
【００２１】
次に本発明の第３の実施形態として図３を参照して説明する。
図３は，図２に示す正方形のパッチ電極１００を，パッチ電極１００の中心１７と前記給電点６，７とを結ぶそれぞれの直線に対して対称な位置で，同じ大きさ同じ形状で４箇所切り欠き，その中の１つの位置に接続用電極１２を設けた例を示す。図３に示す破線は切り欠く前のパッチ電極１００を示す。切り欠いた正方形の大きさは１辺の長さが９ミリメートルである。この場合も図２に示す例と同様にアンテナ部１１を構成する誘電体基板２００を小さくすることができる。パッチ電極１００の中心１７から接続用電極１２までの長さＬ５は１５ミリメートルである。
接続用電極１２の位置は，パッチ電極１００に流れる高周波電流の少ない位置に選ぶことにより，軸比や指向性に与える影響を抑えている。
【００２２】
なお，切り欠く前のパッチ電極１００の形状は正方形に限るものではなく，パッチ電極１００の中心１７と前記給電点６，７とを結ぶそれぞれの直線に対して対称な形状であればその他の形状でも良い。また，切り欠く形状もこの例に限るものではない。図３に示す構成ではパッチ電極１００と接続用電極１２は離れているので，軸比や指向性の劣化を最小限にすることができる。
【実施例４】
【００２３】
次に本発明の第４の実施形態として図４を参照して説明する。
図４は，図２に示す接続用電極１２を設けるためにパッチ電極１００の一部を削除したことによる軸比や指向性の劣化を更に小さくするために，パッチ電極１００の中心１７と前記給電点６，７とを結ぶそれぞれの直線に対して対称な位置及び，パッチ電極１００の中心１７と点対称な位置で，同じ形状で，パッチ電極１００の一部を削除した例を示す。パッチ電極１００の中心１７から接続用電極１２までの長さＬ６は１５ミリメートルである。
接続用電極１２の位置及びパッチ電極１００の削除部分１８は，パッチ電極１００に流れる高周波電流の少ない位置に選ぶことにより，軸比や指向性に与える影響を抑えている。
パッチ電極１００の削除部分１８は円形に限らず，他の形状でも良い。
【００２４】
図６は，筐体５にアンテナ部１１を構成する誘電体基板２００を取り付け，更にカバー１９を取り付けた例を示す。筐体５はアルミニュームやその他の導電性の良い金属で形成される。
カバー１９は，例えば，ポリカーボネートのような電波を透過するプラスチック材料などで構成される。
筐体５には所定の位置に同軸コネクター４が取り付けられている。
【００２５】
筐体５の所定の位置に誘電体基板２００を置くと，所定の長さに加工された同軸コネクター４の中心導体１６が，接続用電極１２に設けられたスルーホール４０１に挿入される。筐体５の所定の位置に誘電体基板２００を取り付けられるように，誘電体基板２００には位置決め用の凹部２０を設け，筐体５には凹部２０と嵌合する図示されない凸部を設けている。
そして，同軸コネクター４の中心導体１６は接続用電極１２とはんだ付けにより接続される。このとき，誘電体基板２００のパッチ電極１００側に接続用電極１２が設けられているので，筐体５と誘電体基板２００とで閉塞された狭い隙間にはんだ鏝を入れることなく，図中２５に示すように，容易にはんだ付けをすることができる。
【００２６】
同軸コネクター４の外部導体は筐体５に圧入またはビス２１で固定することにより，機械的，電気的に接続され，更に，筐体５を通じて，誘電体基板２００の内部に設けたグランド電極２３とスルーホー４０３により接続された環状の導体１５と電機的に接続される。
カバー１９はビス２２により筐体５に取り付けられる。このとき，筐体５とカバー１９の間に置かれた誘電体基板２００の環状の導体１５が筐体５に圧接されて電機的に接続される。
なお，カバー１９と筐体５の間，及び同軸コネクター４と筐体５の間には必要に応じてパッキン２６，２４を入れたりシール材を塗布したりすることにより防水構造とすることができる。
【００２７】
尚，本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく，以下に例示するように，本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の寸法並びに形状を適宜に変更して実施することも可能である。
例えば，分配回路９はウィルキンソン型電力分配器に限らず，ハイブリッド結合器やその他の分配回路でも良い。
また，実施例では誘電体基板２００の形状は円形としたが，円形に限らず他の形状でも良い。
なお，筐体５は良好な導電性を有するプラスチックで形成しても良いし，導電性の無いプラスチックなどの材料にめっきを施したものを使用しても良い。
更に，必要に応じて，誘電体基板２００のパッチ電極１００側とは反対側の面に増幅回路，周波数変換回路，発振回路などを設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るパッチアンテナ１に用いる誘電体基板２００のパッチ電極１００側を示す。
【図２】本発明に係るパッチアンテナ１に用いる誘電体基板２００のパッチ電極１００側を示す。
【図３】本発明に係るパッチアンテナ１に用いる誘電体基板２００のパッチ電極１００側を示す。
【図４】本発明に係るパッチアンテナ１に用いる誘電体基板２００のパッチ電極１００側を示す。
【図５】本発明に係るパッチアンテナ１に用いる誘電体基板２００のパッチ電極１００の反対側を示す。
【図６】パッチアンテナ１のＡ―Ａ線断面図を示す。
【符号の説明】
【００２９】
１…パッチアンテナ，４…同軸コネクター，５…筐体，６，７…給電点，８…９０度位相差回路，９…分配回路，１０…，１１…アンテナ部，１２…接続用電極，１３…，１４…抵抗体，１５…環状の導体，１６…中心導体，１７…パッチ電極の中心，１８…パッチ電極を削除した部分，１９…カバー，２０…凹部，２１，２２…ビス，２３…グランド電極，２４，２６…パッキン，２５…はんだ，１００…パッチ電極，２００…誘電体基板，４０１，４０２，４０３…スルーホール，５００…マイクロストリップライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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